Big Bang Physik 6, Schulbuch

Felder  103 Das elektrische Feld  25  Durch einen Isolator zwischen den Platten kann man die Kapazität erhöhen. Warum? Durch dessen Polarisation sinkt bei gleicher Ladung die Feldliniendichte und somit die Spannung zwischen den Platten ab (Abb. 25.33), nehmen wir an von 1 auf 0,5V. Wenn du die Platten wieder auf 1V bringst, dann sind sie nun doppelt so stark geladen wie vorher. Doppelte Ladung bei gleicher Spannung bedeutet doppelte Kapazität. Manche Materialien können die Kapazität um den Faktor 10 5 erhöhen! Was passiert, wenn man die Platten eines geladenen Kon- densators auseinander zieht? Es ist verblüffend, aber dabei steigt die Spannung. Warum? Zum Auseinanderziehen be- nötigt man Energie, weil die Platten gegengleich geladen Jede Menge Tasten In einer Computertastatur befindet sich unter jeder Taste ein Kondensator (Abb. 25.31 a; F19 ). Die Platten sind auf zwei Kunststoffschichten quasi „aufgedruckt“. Der Abstand zur unteren Schicht und somit zur zweiten Platte wird durch den Tastendruck verringert und somit auch die Spannung des betreffenden Kondensators. So weiß der PC, welche Taste du gedrückt hast. Ganz ähnlich funktioniert auch eine Sensortaste (b). Bei ihr fungiert aber der Finger als zweite Platte. Ganz ähnlich wie bei der Sensortaste ist es auch bei den kapazitiven Touchscreens , die bei den meisten Smart- phones und Tablets verwendet werden ( F19 ). Hier befin- den sich unter dem Display aber rund 100 Platten, wodurch die Position des Fingers sehr genau bestimmt werden kann (Abb. 25.32). i Abb. 25.31:  a) Die Scheibchen unter den Tasten sind die Platten der Kondensatoren. b) Eine Sensortaste ist eine durch Kunststoff isolierte Platte. Gemeinsam mit dem Finger wird diese zu einem Kondensator. Abb. 25.32:  Bei Smartphone und Tablet befinden sich unter dem eigentlichen Display Platten, die bei Berührung wie die unteren Hälften von Plattenkondensatoren wirken. Abb. 25.33:  Bringt man einen Isolator zwischen die Platten, wird dieser polarisiert (b). Dadurch enden manche der Feldlinien an seiner Außenseite, und das Feld zwischen den Platten wird abge- schwächt. Dadurch verringert sich auch die Spannung. sind. Die Energie kann nicht verloren gehen, sondern sie steckt dann im elektrischen Feld. Weil sich die Ladung nicht verändert, muss sich die Spannung erhöhen. Deshalb wäre bei einem Kurzschluss nach dem Auseinanderziehen der Funke stärker ( F22 ). Umgekehrt sinkt die Spannung, wenn man die Platten aneinander schiebt. Das nützt man zum Beispiel bei PC-Tastatur und Touchscreen aus.  Info: Jede Menge Tasten In einem Kondensator ist relativ wenig Energie gespeichert. Wenn man diese aber in einer sehr kurzen Zeit entlädt, lassen sich beinahe unglaubliche Leistungen produzieren. Auf diesem Prinzip basieren der Defibrillator oder ein Kamerablitz ( F21 ; siehe auch F27 ). Zusammenfassung Die Kapazität eines Kondensators gibt an, wie viele Ladungen sich bei gleicher Spannung speichern lassen. Diese kann durch den Abstand und durch Einbringen eines Isolators verändert werden. Z Das elektrische Feld Könnten in einem unbekannten Universum geladene Körper ohne elektrisches Feld existieren?   L Mit welcher Kraft ziehen einander Proton und Elektron im Wasserstoffatom an? Mit welcher Kraft stoßen einander die zwei Protonen in einem Helium- kern ab? Könntest du mit Muskelkraft das Elektron ablösen und die Protonen zusammenhalten? L Berechne für folgende Batterientypen (alle haben 1,5V) die in ihnen enthaltene Energiemenge und wie hoch man 1 kg damit heben könnte: AAA 4000 Coulomb, AA 9400 C, C 28.000 C, D 59.500 C. L Wie könnte man eine Gleichung für die in einem Kondensator gespeicherte Energie ableiten? Du brauchst dazu nur die Gleichung W = Q · U und eine prinzipielle Überlegung. L Welche Leistung und Stromstärke tritt beim Entladen eines Defibrillators auf? Nimm als Entladezeit 5ms an, für die Ladeenergie 360 J und für die Spannung 2000V. Wie groß muss die Kapazität des Kondensators mindestens sein? L 25 F23 S1 F24 S2 F25 W2  F26 W2 F27 W2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv